Optimierung der Energieerträge – Vor- und Nachteile von 182-mm-Wafern

Die größte aktuelle Entwicklung in der PV-Modulherstellung, die seit über einem Jahr zu beobachten ist, ist der Trend zu größeren Wafer-Abmessungen und größeren Modulformaten, die diese Wafer beinhalten. Sie bieten eine beeindruckende Leistungssteigerung und versprechen höhere Energieerträge und niedrigere Projektkosten.  

Hieraus ergeben sich Fragen bezüglich der optimalen Strategie und den realen Möglichkeiten, aber auch nach den allgegenwärtigen Risiken, die mit der Arbeit mit größeren Modulen einhergehen.  

Jinko Solar hat sich entschieden, den 182mm-Wafer in seinen Tiger Pro-Modulen zu verwenden. Der 182-mm-Wafer, auch M10 genannt, soll ein ideales Gleichgewicht zwischen der Einführung einer neuen Technologie und der Minimierung des Risikos darstellen. Ein gewisses Risiko ist mit jeder neuen Technologie in Bezug auf die Wechselwirkung mit anderen Systemkomponenten und der Installationsumgebung vorhanden. Die Einführung solch einer neuen Technologie soll eine signifikante Steigerung des Energieertrags versprechen.   

Umfassender Einsatz von großen Modulen mit ultrahoher Leistung  

Der Endmarkt der PV-Industrie ist ständig bemüht, niedrigere BOS-Kosten und LCOE zu erreichen. Dies hat einen wachsenden Trend zur Einführung von Hochleistungsmodulen und zur Verbesserung der Modultechnologien gefördert.  

Größen-Trend 

Gängigste Verkaufsgrößen 2021

Aufgrund des vietnamesischen Installationsansturms und Chinas Boom bei der Installation von Utility-Scale- und Wohnprojekten übertraf der PV-Markt im Jahr 2020 die Prognose. Für das Jahr 2021 wird eine Modulnachfrage von rund 154 GW prognostiziert, was einem Wachstum von 10 % gegenüber dem Vorjahr entspricht. Die Hauptgründe für dieses prognostizierte Wachstum sind Projekte, die aufgrund der Pandemie oder eines Preisanstiegs in der Lieferkette auf das Jahr 2021 verschoben werden mussten. Es wird prognostiziert, dass China, Europa, die USA und Indien über 70% des Marktanteils einnehmen werden. China selbst wird über 30 % des Marktanteils einnehmen, während der Mittlere Osten und Lateinamerika, angetrieben durch nicht subventionierte und Utility-Scale-Projekte, die aufsteigenden Sterne des Jahres 2021 sind.  

Der PV-Markt hat sich früher als erwartet auf die nächste Generation der Waferformate umgestellt. In der ersten Hälfte von 2020 hat der Markt begonnen, sich in Richtung M6-Produkte zu bewegen. Nichtsdestotrotz haben die meisten Hersteller bereits neue Produktionslinien, die mit größeren Wafern (182 mm und 210 mm) installiert werden sollen. Die Nachfrage auf dem PV-Markt nach M10- und G12-Modulen ist im Jahr 2021 stark angestiegen und wird auch in Zukunft weiter zunehmen. Der Marktanteil der Wafergröße M6 wird im Jahr 2022 daher voraussichtlich von 38 % auf 25 % sinken.  

In der zweiten Hälfte des Jahres 2020 begannen Tier-1-Unternehmen, sich für Module mit einer Leistung von mehr als 500 W einzusetzen, um Kosten und LCOE zu optimieren. Einige drängen auf die 182-mm-Module (G10), während andere die 210-mm-Module (M12) fördern. Da sich die Entwicklung von Großwafern jedoch noch in einem frühen Stadium befindet, stehen G12-Module vor verschiedenen Herausforderungen, wie z. B. Marktakzeptanz, Logistik, Verwendung von BOM-Materialien und Ausbeute. Aus diesem Grund wird prognostiziert, dass das Format M10 den Markt in den Jahren 2022 und 2023 dominieren und die Leistung der Mainstream-Module auf 500-550 W steigern wird.  

Analyse der PV-Lieferkette  

Was die Wafergröße betrifft, so ist es relativ einfach, die Größe des Wachstumsofens für Ingots zu erhöhen. Daher ist die Entwicklung von großformatigen Wafern kein Problem, wenn es um die Produktionskapazität geht.  

Ältere Zell- und Modulproduktionslinien (wie M2 und G1) aus China werden nach der Ausführung der bestehenden Aufträge schrittweise abgebaut.  

Tier-1-Hersteller entscheiden sich meist für die Installation neuer Linien, die mit M10 und G12 kompatibel sind. Hingegen Tier-2-Hersteller sich für die Modifizierung der bestehenden Linien entscheiden.  

Die Kapazität für großformatige Zellen und Module kommt aus neuen Produktionslinien, da diese Vorteile bei Kosten und Kapazität bieten.  

Aufgrund der Produktionskapazität und der Marktnachfrage werden die meisten Hersteller im Jahr 2021 M10-Module produzieren.  Hierunter fallen Hersteller, die neue Zell- und Modullinien installieren, die mit Größen bis zu 210 mm kompatibel sind. M10-Module werden allmählich zum Mainstream und somit wird erwartet, dass Sie ab 2022 und 2023 den Markt dominieren.  

Infolgedessen wird die Kapazität für großformatige Module von 50-80GW Ende 2020 auf 200GW+ bis Ende 2021 kräftig wachsen. Der rasche Kapazitätsausbau hat auch den Fortschritt des Marktanteils von großformatigen Modulen beschleunigt. Daher gibt es keinen Engpass für die Entwicklung von großformatigen Zellen und Modulen.  

Der Marktanteil von bifacialen Modulen erfuhr 2020 einen schnellen Anstieg. Die Verknappung von PV-Glas in der zweiten Jahreshälfte führte jedoch zu einem Anstieg der Produktionskosten und Preise für bifaciale Module. Aus diesem Grund ist die PV-Glasproduktionskapazität sowohl für Käufer als auch für Verkäufer von Interesse.  

Im Jahr 2021 wird es einen Kapazitätsengpass im Bereich Polysilizium und großformatiges Glas geben. Dies wird sich jedoch nicht auf die Entwicklung der bifacialen Module auswirken. Viele Tier-1-Modulhersteller beschleunigen die Bewertung und Zertifizierung von Bifacials mit transparenten Rückseiten. Deren Produktion wird ab 2021 voraussichtlich weiterwachsen.  

Entwicklung der Modulpreise  

Da die Produktion von M10- und G12-Modulen weiter steigt und diese Module hauptsächlich für den Einsatz in Freiflächenanlagen vorgesehen sind, verringert sich der Preisabstand zu M6-Modulen allmählich.  

Die Preise für M10- und G12-Module werden im ersten Quartal 2021 voraussichtlich bei 1,63-1,68 RMB/W bzw. 0,223-0,23 USD/W liegen. Dieser Preis ist von der Größe und dem Liefertermin des jeweiligen Projekts abhängig.  

Derzeit gibt es nur eine geringe Anzahl an Hersteller von G12-Modulen. Hersteller von 182-mm-Modulen haben auch ihre Zellkapazitäten erweitert, während einige andere Hersteller von 210-mm-Modulen immer noch Zellen von Tier-1-Zellenherstellern kaufen, welches zu einem Anstieg der Modulproduktionskosten führt. Es besteht daher ein leichter Preisunterschied zwischen M10- und G12-Modulen.  

Reifegrad von 182-mm-Modulen  

Verfügbarkeit  

Die weltweite Marktnachfrage für das nächste Jahr wird zwischen 140 und 160 GW betragen. Die erwartete Kapazität der drei größten Anbieter liegt bei 90,2GW in 182mm-Zellen und 108GW in 182mm-Modulen. Hierbei ist von auszugehen, dass auch alle anderen Hersteller angetrieben werden. Dieser Antrieb wiederum wird eine große Rolle für die Verfügbarkeit und die Preise der Module spielen.  

Verlässlichkeit  

Die Sicherheitsspanne der Anschlussdose beträgt 25 % für das 18-mm-Bifacial-Modul und weniger als 0,2 % für das 210-mm-Bifacial-Modul. Infolgedessen können sich die Hersteller der 210-mm-Module für eine höhere Sicherung entscheiden, was zu zusätzlichen Kosten und Problemen bei der Verfügbarkeit führt. 

Modul-Typ 182 bifacial 210 bifacial 
Isc 13.8 18.43 
Bifacialer Faktor 1.3 1.3 
Dioden-faktor 1.25 1.25 
Theoretischer Dioden-strombedarf 22.4 29.94 
Dioden-leistung 30 30 
Sicherheits-abstand 25 % 0.18 % 
Sicherheitsspanne 18-mm-Bifacial-Modul

Kompatibilität  

Leistungsfähigkeit – Wechselrichter  

Aufgrund der maximalen Stromkapazität der Wechselrichter (lmax = 30A pro MPPT) kann nur ein String pro MPPT in 210mm-Größen verwendet werden. Mit 26 Modulen von 550Wp pro String und einem gefüllten String pro MPPT kann eine Gesamtleistung von 28,6kW pro Wechselrichter erreicht werden. 

182mm-Größen, die jeweils 14 Ampere Stromstärke aufweisen, ermöglichen eine Addition von insgesamt zwei Strings pro MPPT. Durch diese Addition können insgesamt nur 20 Module mit einer Leistung von 550 Wp pro String verwendet werden. Mit diesen zwei ausgefüllten Strings pro MPPT können jedoch insgesamt 44kW pro Wechselrichter erreicht werden. 

Kompatibilität – 182 mm Wechselrichter

Leistungsfähigkeit – Tracker-Montagesystem  

Betrachtet man bestehende Produkte (ca. 100m), so ist es im Gegensatz zu G12-Wafern mit den neuartigen M10-Wafern möglich, drei Strings pro Tracker zu setzen. Da längere Tracker der zukünftige Trend sein werden, wird diese Lücke in Zukunft noch größer werden. M10-Module nutzen die Lastfläche und die Leistungsdichte komplett aus und reduzieren dadurch die Anzahl der Tracker. 

Kompatibilität – Tracker – Montagesystem

Kosten  

Der Stahlverbrauch von 182- und 210-Modulen ist im Grunde genommen gleich. Die festgelegte Neigung macht 6 % der BOS-Kosten aus. Der Unterschied zwischen 182- und 210-Modulen beträgt weniger als 5 %, welcher sich kaum auf die Gesamt-EPC auswirkt. 

Kosten – Fest strukturierte Kosten

Die Wahl des Moduls 182 72C führt zu einer höheren Leistungskapazität pro Container und reduziert die Kosten für Logistik und Transport. 

Module Anzahl der Module (Stück) Leistung (KW) 
166 72C 620 285 
182 72C 620 335 
210 55C 558 307 
210 60C 448 268 
Modulleistung

Die BOS-Gesamtkosten sind bei den M10-Modulen am niedrigsten. 

Fazit  

Abschließend ist zu sagen, dass in den nächsten zwei Jahren die M10-Module den Markt dominieren werden. Hierbei hängt die Zukunft vor allem von der Analyse ab, die sich darauf bezieht, ob eine Vergrößerung der Zellengröße wirklich einen Mehrwert bieten können. Vorläufig ist die 182mm-Größe aus finanzieller und technischer Sicht die sinnvollste Wahl. Sie hat die meisten positiven Auswirkungen auf das System in Bezug auf Qualität, Erzeugung, Ertrag und LCoE. 

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